ETRI가 날숨을 이용해 폐암을 조기 선별하는 기술을 개발했다.
임상에서 95%의 정확도를 자랑해 앞으로의 귀추가 주목된다.
방사선 위험 없이 간단하게,
그리고 저렴하게 폐암을 조기 선별할 날이 머지않았다.

전자코의 진화, 호흡으로 폐암을 진단하다

ETRI는 지난 2019년, 호흡을 이용해 폐암을 발견하는 ‘전자코’를 개발한 바 있다. 사람의 코가 신경세포를 통해 냄새를 맡는 것에 착안한 기술이었다. 당시 전자코 기술의 폐암 진단 정확도는 75%로 실제 현장에서 적용할 수준에 이르지는 못했다.

이후 ETRI는 더 많은 가스 성분을 더 빠르고 정확하게 검출할 수 있도록 멀티모달센서를 사용해 시스템을 개선했다. 개선된 기술은 코로 호흡 가스가 들어오면 멀티모달 전자센서소자가 냄새를 맡아 전기적 신호로 바꿔준다. 그리고 AI 딥러닝 학습을 통해 질병 유무를 판단하고 검진한다. 호기가스 채취 20분 내로 폐암 환자를 95% 이상의 정확도로 선별할 수 있도록 개선된 것이다.

날숨을 통해 폐 속 암세포 덩어리에서 발생하는 다종의 휘발성유기화합물(VOCs)을 감지하는 센서 시스템과 여기서 얻은 센싱 데이터를 통해 폐암 환자를 판별하는 AI 딥러닝 알고리즘 기술을 개발한 결과다.

기존 폐암 진단 장비와의 특징 비교

날숨 한 번으로 폐암 검사, 이렇게 진행된다

ETRI가 개발한 폐암 조기진단 시스템은 데스크탑 컴퓨터 크기로 ▲날숨 샘플링부 ▲날숨 감지센서 모듈 ▲데이터 신호 처리부 등 크게 세 부분으로 구성된다. 기기를 사용하는 법은 다음과 같다.

날숨 기반 폐암 조기진단 시스템 개요

① 검진자의 날숨을 비닐 키트에 담는다.
② 날숨이 찬 테프론 기반 봉투와 탄소 흡착 튜브 막대기를 연결한다. (호흡 중 배출되는 여러 가스 성분들이 막대기에 붙는다.)
③ 막대기를 폐암 조기진단 시스템에 집어넣고 시스템을 구동한다.

다음 과정을 거치면 호기가스의 구성성분과 막대기에 붙은 호기 내 VOCs 양에 따라 전기 신호가 달라지는 것을 알 수 있다. 기기에 내장된 20종의 멀티모달 센서 어레이를 거치기 때문이다. 이렇게 AI 딥러닝 알고리즘으로 날숨의 구성성분을 분석해 폐암 발병 여부를 판별하는 것이다.

해당 기술은 ETRI와 분당서울대병원 전상훈 흉부외과 교수 연구팀이 10여 년간 진행한 공동연구 결과다. 폐암 환자 107명과 정상인 74명의 임상시료 날숨을 채취해 분석한 뒤 데이터베이스화했다. 이를 기반으로 AI 딥러닝 알고리즘 모델을 개발해 적용한 결과, 95% 이상의 선별검사 정확도를 얻을 수 있었다. 해당 기술은 기존 장비에 비해 제작 비용이 저렴하고 진단 속도가 빠르며, 정확도도 높다. 폐암 환자의 수술과 치료 예후 모니터링 뿐 아니라 일반인의 자가 건강 관리에도 활용할 수 있다. 현재 기술의 상용화를 계획 중에 있다.

폐암을 넘어, 호흡 기반 의료기술의 확장

연구진은 추가로 1천례 이상의 대규모 폐암 환자 임상시험을 진행해 빅데이터를 구축하고, 시스템의 재현성과 신뢰성을 확보할 예정이다. 또한 위암, 대장암 등 다양한 암 조기진단과 만성폐쇄성폐질환, 천식, 폐렴 등의 호흡기질환 진단 가능성도 확장할 계획이다.

한편, 비만 환자가 운동할 때 지방이 분해되면서 날숨으로 배출되는 단내(아세톤)를 실시간으로 측정하는 ‘웨어러블 전자코 시스템’ 연구도 진행 중이다. 이로써 환자의 운동량을 정확히 알아낼 수 있어 다양한 서비스 분야로 응용이 가능할 전망이다.

ETRI 진단치료기연구실 이대식 박사는 “본 기술이 상용화되면 폐암 환자의 조기선별검사를 통한 치료·생존율 제고와 관련 의료기기 국내 시장경쟁력 확보는 물론, 정부의 건강보험료 지출 비용 절감에도 큰 도움이 될 것으로 보인다”라고 말했다.